王 群

（中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司山西華圣鋁業(yè)有限公司 山西永濟(jì) 044500）

針對(duì)目前電解鋁企業(yè)面臨的嚴(yán)峻形勢(shì)，如何控制炭陽(yáng)極的消耗，減少炭陽(yáng)極在鋁電解生產(chǎn)過程中的掉渣現(xiàn)象，成為電解鋁企業(yè)的重中之重。探討如何提高炭陽(yáng)極質(zhì)量、減少炭陽(yáng)極掉渣，對(duì)電解鋁企業(yè)節(jié)能、減排、增效意義重大。

一、炭陽(yáng)極技術(shù)指標(biāo)

評(píng)價(jià)炭陽(yáng)極質(zhì)量的主要指標(biāo)有：灰分、電阻率、耐壓強(qiáng)度、真密度、體積密度，但五項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)并不能完全評(píng)判炭陽(yáng)極質(zhì)量；近幾年對(duì)CO2反應(yīng)性和微量元素指標(biāo)提出了技術(shù)要求，也有一些企業(yè)對(duì)陽(yáng)極使用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

二、掉渣原因分析

炭陽(yáng)極生產(chǎn)所用原料、工藝控制參數(shù)和電解槽運(yùn)行狀況都影響炭陽(yáng)極的掉渣量量。

1.生產(chǎn)原料

嚴(yán)把原材質(zhì)量關(guān)，選擇性價(jià)比高的石油焦、煤瀝青原材料。

（1）石油焦微量元素對(duì)抗氧化性能影響

石油焦中均含有V、Na、S、Ca、Si、Fe 等有害微量元素，如果微量元素含量高，將帶到陽(yáng)極中，在電解槽的電化學(xué)反應(yīng)過程中，V、Na、Ca 等微量元素就會(huì)起到催化作用，造成炭陽(yáng)極過量消耗。

（2） 瀝青對(duì)抗氧化性能的影響

瀝青的甲苯不熔物、喹啉不熔物的含量過低或過高，都會(huì)影響其浸潤(rùn)性能，造成糊料塑性差，導(dǎo)致煅后焦顆粒間粘結(jié)性差，焙燒時(shí)所形成的瀝青焦抗氧化性差。

2.炭陽(yáng)極生產(chǎn)工藝參數(shù)

（1）石油焦的煅燒過程

石油焦的煅燒過程不僅要排出水分、揮發(fā)份，提高導(dǎo)電性、密度和機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)要提高化學(xué)穩(wěn)定性，為提高炭陽(yáng)極的抗氧化性能奠定基礎(chǔ)。因此，保證煅燒溫度達(dá)到1300℃以上（見圖1）。

（2）瀝青溫度

瀝青溫度的合理控制對(duì)混捏質(zhì)量影響較大，瀝青溫度過高或過低，均會(huì)造成糊料塑性差，陽(yáng)極生坯質(zhì)量差，焙燒時(shí)所形成的瀝青焦抗氧化性能差。在電解使用時(shí)，抗氧化性差的瀝青焦首率先氧化，導(dǎo)致焦粒脫落，形成炭渣。

（3）配料和混捏工序

以滿足堆積密度最大化為原則，制定合理的工藝配方，提高配料的準(zhǔn)確性，合理控制混捏時(shí)間和混捏溫度，才能生產(chǎn)出好的糊料，成型時(shí)需保持適宜的激振力和振動(dòng)時(shí)間，生產(chǎn)出好炭陽(yáng)極生坯，焙燒后的炭陽(yáng)極就會(huì)具有較強(qiáng)的抗氧化性能。

（4）焙燒工序

焙燒時(shí)炭塊溫度要達(dá)到1050℃，并保溫12 小時(shí)以上，炭陽(yáng)極的質(zhì)量才能得到保證，抗氧化性能提高（見圖2）。

圖2 焙燒溫度對(duì)炭陽(yáng)極抗氧化性的影響

圖1 煅燒溫度對(duì)煅后焦空氣反應(yīng)性的影響

三、減少炭陽(yáng)極掉渣主要應(yīng)采取的措施

1. 原料控制

選擇采購(gòu)質(zhì)量?jī)?yōu)、信譽(yù)度高的石油焦、瀝青生產(chǎn)廠家，原材料進(jìn)廠后，對(duì)過磅、取樣、送樣、卸車等環(huán)節(jié)進(jìn)行全程跟蹤，嚴(yán)把原材質(zhì)量關(guān)。對(duì)于加殘極配方，殘極粉末需退出生產(chǎn)流程，同時(shí)強(qiáng)化殘極清理質(zhì)量的監(jiān)管。對(duì)造成電解槽中炭陽(yáng)極掉渣的V、Na 等活性強(qiáng)的元素，必須嚴(yán)格控制（見圖3）。

圖3 V 含量對(duì)炭陽(yáng)極抗氧化的影響

2.石油焦煅燒技術(shù)控制

石油焦煅燒， 必須保證煅燒帶的溫度在1300℃～1350℃，使煅后焦有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，穩(wěn)定的化學(xué)性能。可以通過規(guī)范石油焦配料，定期清理煅燒爐火道，優(yōu)化煅燒爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)，監(jiān)控整體爐溫，合理調(diào)整負(fù)壓調(diào)整，強(qiáng)化調(diào)溫作業(yè)管理等措施，改善煅后焦質(zhì)量。

3.瀝青的溫度和液位控制

合理安排瀝青到貨，進(jìn)廠瀝青溫度不能高于230℃，瀝青到貨后首先卸至瀝青融化槽進(jìn)行靜置降溫，當(dāng)瀝青溫度降至195℃以下方可向?yàn)r青貯槽輸送，同時(shí)規(guī)范瀝青貯槽的瀝青溫度和液位，瀝青溫度控制在170-175℃，正常生產(chǎn)期間貯槽液位不低于4.5 米，成型檢修期間瀝青貯槽液位不低于3.5 米。通過合理控制瀝青貯槽的液位和使用溫度，使瀝青的浸潤(rùn)性更充分，在用于炭陽(yáng)極生坯生產(chǎn)時(shí)，混捏糊料可塑性好，炭陽(yáng)極生坯密度高，炭陽(yáng)極的氧化性能就提高。焙燒時(shí)所形成的瀝青焦抗氧化性能好。否則，炭陽(yáng)極在電解槽中電化反應(yīng)時(shí)，瀝青焦抗氧化性能差，就率先氧化，導(dǎo)致煅后石油焦粒脫落，形成炭渣。

4.炭陽(yáng)極生產(chǎn)成型階段和焙燒工序技術(shù)控制

成型工序通過強(qiáng)化供料操作，增加各粒度料和混合樣篩分頻次，提高配料的準(zhǔn)確性；使用混捏電流曲線監(jiān)控，改善混捏質(zhì)量；同時(shí)強(qiáng)化設(shè)備管理，保持生產(chǎn)的高效運(yùn)行。焙燒系統(tǒng)可以采取縮短移架作業(yè)時(shí)間，優(yōu)化焙燒升溫曲線，強(qiáng)化負(fù)壓、調(diào)溫作業(yè)管理，完善全方位密封等措施，以保證焙燒炭塊質(zhì)量，使其具有較強(qiáng)的抗氧化性能。

5.炭陽(yáng)極外形尺寸改進(jìn)

為了更有效地減少炭渣量，降低電解陽(yáng)極毛耗，提高陽(yáng)極在電解槽的使用性能，我們將炭陽(yáng)極的底面棱角改為R50mm 圓弧，減少了棱角電流集中、炭塊反應(yīng)過快、掉渣過多等現(xiàn)象，底棱改造后，電解噸鋁陽(yáng)極毛耗降低3kg 左右，年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益165 萬(wàn)元，同時(shí)更利于電解槽的平穩(wěn)高效運(yùn)行，間接效益顯著。

四、結(jié)論

1.石油焦進(jìn)行混合配比，尤其對(duì)V、Na 等元素含量進(jìn)行控制。對(duì)煅燒過程加強(qiáng)控制，使煅后焦有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和抗氧化性能；

2.合理控制瀝青貯槽液位和溫度，使焙燒時(shí)形成的瀝青焦，在電解槽中與煅后焦顆粒同步消耗，減少掉渣量；

3.強(qiáng)化工藝管控，加大科技創(chuàng)新力度，合理設(shè)置工藝技術(shù)參數(shù)，改善炭陽(yáng)極質(zhì)量。

[1]童芳森等.炭素材料生產(chǎn)問答[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1991.

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